火力發(fā)電廠主廠房的鋼筋混凝土框排架結構設計分析

黃　勝

[摘要]火力發(fā)電廠是重要的生命線工程，鋼筋混凝土框排架結構是我國火力發(fā)電廠主廠房中汽機房、除氧煤倉間的主要結構形式。文章以單機容量600MW某大型火力發(fā)電廠房為例，研究該類結構的設計及計算。

[關鍵詞]主廠房；框排架；結構特點；計算模型

[作者簡介]黃勝，廣東省電力設計研究院助理工程師，研究方向：電力工程土建結構設計，廣東廣州，510663

[中圖分類號]TU375

[文獻標識碼]A

[文章編號]1008-7723(2009)09-0097-0002

一、主廠房的布置形式

火力發(fā)電廠主廠房采用汽機房、鍋爐房、側煤倉間布置方式。汽機房采用大跨度36.00m，原除氧間取消，5、6號低壓加熱器及3號高壓加熱器、除氧器布置在汽機房運轉層，布置形式較為獨特、緊湊，可相應縮短施工周期。

(一)汽機房布置

汽輪發(fā)電機組的機頭朝向擴建端，縱向順列布置，兩機中間設置檢修場。中間6.90m層主要是管道層，布置有加熱器及小汽機、凝汽器等設備，主要管道有主蒸汽管道、再熱蒸汽管道、小汽機排汽管道，檢修孔兩側為6kV工作段配電室。汽機運轉層為大平臺結構，布置有低壓加熱器、汽輪發(fā)電機組、汽動給水泵、除氧器，運轉層的大平臺為汽機的主要檢修場地。

(二)爐前通道布置

爐前通道共分3層：0m、6.90m、13.70m。底層0m為磨煤機檢修通道；6.90m層布置有輔助蒸汽聯(lián)箱、大量的管道及電纜橋架；13.70m層布置有加熱器、四大管道及其他管道。

(三)鍋爐及煤倉間布置

鍋爐采用風扇磨直吹式制粉系統(tǒng)，磨煤機圍繞鍋爐四邊布置，鍋爐皮帶層56.50m以上為緊身封閉，皮帶層56.50m以下為大廠房布置，在鍋爐范圍內，在13.70m運轉層設混凝土大平臺，28.00m給煤機層設島式混凝土平臺。采用一個集中控制室，布置在兩爐中間。

二、汽機房結構特點及結構選型

(一)結構特點

1、汽機房采用大跨度36.00m，原除氧間取消，汽機房結構橫向抗側移剛度較小?？箓攘嫾^弱，對結構計算不利。

2、機組的設備、管道及檢修區(qū)等荷載較大，且汽機房內設備、管道及檢修區(qū)緊湊，高低壓加熱器、除氧器等大型設備布置在汽機房平臺上。

(二)結構選型

汽機房結構采用如下形式：13.70m以下由汽機房排架柱、平臺梁及柱聯(lián)合組成現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構體系，13.70m以上橫向為現(xiàn)澆鋼筋混凝土排架結構體系，縱向設現(xiàn)澆縱梁形成框架結構。汽機房縱向柱距一般為10.0m，伸縮縫處設雙柱，2柱中心距1.20m，縱向總長度為172.20m。

汽機房跨度36.00m，采用梯形鋼屋架，屋架下弦底標高29.20m，上鋪金屬復合保溫屋面板。汽機房設2臺80／20t輕級工作制橋式吊車，采用鋼制吊車梁。6.90m、13.70m樓面采用大平臺，與汽機基礎脫開，局部采用格柵板通風，樓面采用鋼梁澆制板，壓型鋼板做底模。

汽機房固定端山墻及擴建端山墻運轉層以下采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架梁柱，運轉層以上采用鋼抗風柱，屋架下弦及13.70m運轉層處作為抗風柱的支點，均不設置抗風桁架。

主廠房圍護結構：1.20m以下為陶粒混凝土砌體，1.20m以上為復合金屬保溫板封閉。爐前通道跨度8.00m，每層平臺及屋面主梁在汽機房側連接采用滑動支座，在鍋爐房側連接采用固定支座。

三、施工及計算模型的建立

(一)施工問題

該工程為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框排架結構，樓面采用鋼梁澆制板，壓型鋼板做底模。施工時，鋼筋混凝土梁柱一同澆注，在框架梁上部板底的位置(板厚分別為114mm和124mm)留施工縫，待樓面鋼梁與框架梁焊接安裝完成后，上面鋪設壓型鋼板并澆注混凝土。實踐證明此方法安全、速度快、周期短，且與鋼結構相比造價低。

(二)計算模型及結構計算分析

橫向框架、縱向框架分析采用PK軟件進行結構計算。梁支座彎距調幅系數(shù)0.9(梁端出現(xiàn)塑性鉸是框架較合理的極限狀態(tài)，故允許對梁端最大負彎矩進行調幅，現(xiàn)澆框架調幅系數(shù)0.8～0.9)；梁慣性矩增大系數(shù)：中框架取2，邊框架取1.5；計算周期折減系數(shù)1；阻尼比0.05；抗震等級二級(地震力計算方式采用振型分解反應譜法)；計算振型個數(shù)5個；地震作用效應增大系數(shù)1。

典型結構計算模型是⑤軸和⑧軸，計算結果見表1。表中Fn為軸力，MX為x向彎矩，MY為Y向彎矩，VX為x向剪力，VY為Y向剪力。

四、結論

第一，在設計中采用汽機房框排架柱、平臺梁及柱聯(lián)合組成現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構體系，同時又考慮了另外一種結構模型，即汽機房平臺采用鋼筋混凝土柱、鋼結構梁。若采用此種形式，則梁上不用埋埋件，管道安裝改動也方便，故進行了分析比較。此種結構模型中，所有梁與柱之間鉸接，結構剛度比設計所采用方案低。由于汽機房的設備及管道與后部的鍋爐連接較多，而汽機房與后部結構為各自獨立的結構體系，部分水平荷載不能按內力考慮。計算表明水平荷載作用下側移較大，還需加橫向、縱向支撐，但確定位置很困難。計算和分析對比表明工程采用的結構形式整體性和抗震性好，能提高薄弱部位的抗震能力，避免因部分結構或構件的破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。

第二，機組的設備、管道及檢修區(qū)等荷載較大，日本工程汽機房內布置緊湊，除氧器等大型設備布置在汽機房平臺上，以及除氧間取消，導致汽機房的抗側力構件較弱。在這些不利情況下，雖然進行了優(yōu)化設計，但與傳統(tǒng)汽機房鋼結構平臺相比，由于混凝土梁截面高度大(除氧器下框架梁高1.50m)，造成13.70m及6.90m層布置熱機管道空間減小。